Jądro systemu operacyjnego

Jądro systemu operacyjnego (ang. kernel) – podstawowa część systemu operacyjnego, która jest odpowiedzialna za wszystkie jego zadania.

Budowa jądra

Wyróżnia się kilka podstawowych metod konstrukcji jąder:

Model funkcjonowania jądra monolitycznego.
  • jądro monolityczne – często stosowane w systemach typu Unix. Wszystkie zadania są wykonywane przez jądro, będące jednym, dużym programem działającym w trybie jądra. Przykładami takiego jądra mogą być: Linux, OpenBSD, FreeBSD, chociaż większość posiada umiejętność dołączania i odłączania modułów (najczęściej zawierających kod sterownika urządzenia lub obsługi potrzebnego w danej chwili systemu plików). Zaletą tej techniki jest prostota, stabilność, łatwość komunikacji pomiędzy różnymi członami jądra (jedna przestrzeń adresowa). Wadą jest, w późniejszym stadium rozwoju projektu, uciążliwość w rozwijaniu programu oraz w znajdywaniu błędów.
Model komunikacji mikrojądra z aplikacjami.
  • mikrojądro – w tej technice z monolitycznego jądra zostaje tylko jego podstawowa część, a części odpowiedzialne za bardziej wyrafinowane funkcje są wydzielone do funkcjonalnych bloków albo realizowane jako zwykłe procesy w trybie użytkownika.
  • nanojądro – technika zbliżona do techniki mikrojądra, różnica w wielkości – nanokernel jest jeszcze mniejszy.
  • exokernel – architektura będąca odmianą nanojądra. Cechą wyróżniającą jest możliwość zarządzania zasobami systemu przez nieuprzywilejowanego użytkownika, a rola jądra sprowadza się do zabezpieczania zasobów. Przykładem systemu korzystającego z tego typu jądra jest system XOK, zbudowany w MIT Laboratory for Computer Science, pracujący na komputerach PC. Wyposażony on został w bibliotekę ExOS, która implementuje system UNIX i umożliwia uruchamianie większości aplikacji tego systemu.
  • cachekernel – w tej technice jądro systemu buforuje obiekty systemowe takie jak wątki czy przestrzenie adresowe tak jak sprzęt komputerowy buforuje pamięć. Jądra aplikacji trybu użytkownika są odpowiedzialne za ładowanie tych danych i ponowne ich zapisanie stosując specyficzne dla danej aplikacji mechanizmy.
Model komunikacji jądra hybrydowego z aplikacjami.
  • jądro hybrydowe – kompromis między architekturą jądra monolitycznego i mikrojądra. W krytycznych usługach – np. stos sieci – usługi są na stałe wkompilowane w główny kod jądra, inne usługi pozostają oddzielone od głównego jądra i działają jako serwery (w przestrzeni jądra). Dzięki temu rozwiązaniu możliwe jest zachowanie wydajności jądra monolitycznego dla kluczowych usług. Klasyfikacja ta budzi kontrowersje niektórych programistów[1].

Cechy jądra

Z budowy jądra wynikają jego cechy, takie jak:

Zastosowanie systemów operacyjnych

Zastosowanie systemów operacyjnych wynika ściśle z ich budowy, a to przeważnie sprowadza się do budowy ich jądra. Tak więc:

  • jako serwery lub zapory sieciowe używa się przeważnie systemów z jądrem monolitycznym, czyli np. systemów uniksowych,
  • w telekomunikacji i wszędzie tam, gdzie należy spełnić duże wymagania czasowe, decydującą rolę odgrywają systemy operacyjne czasu rzeczywistego, takie jak na przykład QNX,
  • w wielu urządzeniach działają systemy określane mianem embedded (osadzone), które charakteryzują się wysoką skalowalnością.

Przykłady jąder systemów operacyjnych

Jądra monolityczne:

Hybrydowe:

Mikrojądra:

  • AIX
  • Amoeba
  • ChorusOS
  • Extremely Reliable Operating System (EROS)
  • K42
  • LSE/OS (nanojądro)
  • KeyKOS (nanojądro)
  • L4
  • Mach, wykorzystywany w systemach GNU/Hurd i Mac OS X
  • MERT
  • Minix
  • MorphOS
  • NewOS
  • Phoenix-RTOS
  • QNX
  • RadiOS
  • Microsoft Singularity

Przypisy

  1. [1] Torvalds, L. (maj 2006). Hybrid kernel, not NT.

Media użyte na tej stronie

Question book-4.svg
Autor: Tkgd2007, Licencja: CC-BY-SA-3.0
A new incarnation of Image:Question_book-3.svg, which was uploaded by user AzaToth. This file is available on the English version of Wikipedia under the filename en:Image:Question book-new.svg
Kernel-pl.svg
Autor: Roman Tworkowski, Hołek (minor fixes), Licencja: CC-BY-SA-3.0
Model funkcjonowania jądra monolitycznego
Kernel-micro-pl.svg
Model funkcjonowania mikrojądra
Kernel-hybrid-pl.svg
Model funkcjonowania jądra hybrydowego